ความสำคัญของการออกแบบตามหลักอากาศพลศาสตร์สำหรับยานพาหนะ

ทำไมยานพาหนะขนส่งที่ต้องคำนึงถึงการใช้พลังงานและความเร็วจึงดูสวยงามและมีสไตล์ที่ราบรื่นขึ้นสำหรับสาธารณชน และชุดแอโรไดนามิกเหล่านี้มีความหมายต่อรถบรรทุกอย่างไร

Marcel Dassault ผู้ก่อตั้งบริษัท Dassault Aviation ของฝรั่งเศส ซึ่งเชี่ยวชาญด้านการผลิตเครื่องบินขับไล่ เคยกล่าวไว้ว่าเครื่องบินที่มีประสิทธิภาพสูงมักจะดูสวยงาม รถบรรทุกที่ "ดูสวยงาม" อาจประหยัดน้ำมันได้มากกว่า

เมื่อวิธีการขนส่งมีความก้าวหน้ามากขึ้นเรื่อยๆ การออกแบบรถบรรทุกก็ค่อยๆ ไปถึงจุดที่ไม่อาจละเลยความต้านทานลมได้

จากการวิจัยขององค์กรต่างๆ พบว่า เมื่อรถบรรทุกวิ่งด้วยความเร็วสูงถึง 88 กม./ชม. แรงม้าประมาณครึ่งหนึ่งจะถูกใช้เพื่อเอาชนะแรงต้านลม ข้อสรุปนี้ทำให้ผู้ผลิตต้องใช้ความพยายามอย่างมากในการลดแรงต้านลม

ในเดือนพฤษภาคม 2008 บนสนามแข่งรถความเร็วสูง Nardo ที่มีชื่อเสียงทางตอนใต้ของอิตาลี รถ Mercedes-Benz Actros 1844 LS รุ่นใหม่ที่มีน้ำหนักรวมประมาณ 40 ตันได้สร้างสถิติโลกใหม่ขึ้นในสมัยนั้น โดยเป็นรถบรรทุกขนาด 40- ตันที่มีอัตราการสิ้นเปลืองน้ำมันต่ำที่สุดในโลก หลังจากการทดสอบ 12,728 กิโลเมตร รถรุ่นนี้ได้บรรลุอัตราการสิ้นเปลืองน้ำมันที่น่าทึ่งถึง 19.44 ลิตรต่อ 100 กิโลเมตร!

นอกเหนือจากระบบส่งกำลังที่มีประสิทธิภาพแล้ว การออกแบบตามหลักอากาศพลศาสตร์ของ Actros ยังเป็นหนึ่งในปัจจัยหลักที่ส่งผลให้ได้ผลลัพธ์ที่น่าประหลาดใจดังกล่าว

จากภาพจะเห็นได้ว่า Actros มีโครงสร้างแอโรไดนามิกที่แข็งแรง โดยมีหลังคาและแผงบังลมด้านข้างที่เข้ากับกล่องบรรทุก และแผงบังลมด้านข้างที่รวมตัวรถพ่วงไว้ด้วย นอกจากนี้ยังมีกล่องบรรทุกแบบแผงคอมโพสิตเรียบ การออกแบบแอโรไดนามิกเหล่านี้ทำให้ตัวรถ Actros แบนราบมากและเกิดการปั่นป่วนได้น้อยลง

เราจะสรุปแบบดีไซน์ที่ช่วยลดแรงต้านลมโดยเรียงจากด้านหน้าไปด้านหลังของรถ ซึ่งคุณสามารถเน้นดูได้เมื่อเลือกซื้อรถยนต์

● ตะแกรงรับอากาศเข้าแบบแอคทีฟ ตะแกรงรับอากาศเข้าแบบแอคทีฟหมายถึงตะแกรงในตะแกรงตรงกลางที่สามารถเปิดและปิดได้อิสระตามสภาพแวดล้อมการทำงานของรถยนต์ ตะแกรงเหล่านี้เชื่อมต่อกันด้วยก้านสูบซึ่งควบคุมโดยมอเตอร์ไฟฟ้าที่หมุนตะแกรงโดยควบคุมมอเตอร์ขับเคลื่อนผ่านคอมพิวเตอร์การเดินทาง (ECU)

กระจังหน้ารับอากาศแบบแอคทีฟสามารถควบคุมความเร็วในการอุ่นเครื่องรถยนต์ได้อย่างมีประสิทธิภาพ และยังมีบทบาทในการลดแรงต้านลมอีกด้วย

เมื่อเครื่องยนต์อยู่ในสภาพแวดล้อมที่มีอุณหภูมิต่ำหรือเมื่อโหลดเครื่องยนต์ต่ำและไม่มีความต้องการการระบายความร้อนสูง ECU จะปิดกระจังหน้าแบบแอคทีฟเพื่อ "รักษาความอบอุ่นของเครื่องยนต์" เพื่อให้เครื่องยนต์สามารถเข้าถึงอุณหภูมิการทำงานที่เหมาะสมที่สุดได้

เมื่ออุณหภูมิการทำงานของเครื่องยนต์สูงกว่าอุณหภูมิที่เหมาะสม ECU จะเปิดช่องรับอากาศเข้าแบบแอคทีฟ อากาศจำนวนมากจะถูกเทลงในช่องกลางเพื่อนำความร้อนออกไปเพื่อช่วยให้เครื่องยนต์เย็นลง สำหรับเวลาในการเปิดหรือปิดช่องรับอากาศเข้าแบบแอคทีฟนั้น ECU จะพิจารณาโดยอ้างอิงจากอุณหภูมิของสารหล่อเย็นเครื่องยนต์ อุณหภูมิของน้ำมัน อุณหภูมิแวดล้อม ความเร็ว และปัจจัยอื่นๆ

นอกเหนือจากการช่วยให้เครื่องยนต์รักษาอุณหภูมิการทำงานที่เหมาะสมแล้ว ช่องรับอากาศเข้าแบบแอคทีฟยังช่วยลดแรงต้านอากาศเพื่อให้ประหยัดเชื้อเพลิงได้อีกด้วย

ตามการทดสอบ NEDC ที่ดำเนินการโดย SAE Society of Automotive Engineers ที่อุณหภูมิแวดล้อม 25 องศา ตะแกรงรับอากาศเข้าแบบแอคทีฟสามารถปรับปรุงการประหยัดน้ำมันได้ประมาณ 2% การเพิ่มประสิทธิภาพการใช้น้ำมันบางส่วนนี้ส่วนใหญ่เกิดจากการลดแรงต้านลมของรถเมื่อปิดตะแกรงรับอากาศเข้าแบบแอคทีฟ

เมื่อรถบรรทุกวิ่งด้วยความเร็วสูง ลมจากการกระแทกด้านหน้ารถจะพัดผ่านหลายจุด เช่น หลังคา ด้านข้าง และด้านล่าง โดยส่วนหน้ารถซึ่งอยู่ตรงข้ามกับลม ถือเป็นจุดสำคัญ

ขณะที่กระแสลมไหลผ่านตะแกรงไอดีเข้าไปในห้องโดยสารและไหลผ่านหม้อน้ำและอุปกรณ์อื่นๆ กระแสลมจะชนกับโครงสร้างเกล็ดภายในหม้อน้ำ ส่งผลให้เกิดแรงต้านในการเคลื่อนที่ในปริมาณมหาศาล

เมื่อกระแสลมเข้าสู่ห้องโดยสาร ลมส่วนใหญ่จะไหลออกมาจากช่องเปิดใต้ห้องเครื่อง และปะทะกับกระแสลมความเร็วสูงที่ไหลอยู่ใต้ท้องรถเดิม ส่งผลให้เกิดความปั่นป่วนและแรงต้านของอากาศเพิ่มขึ้น

ดังนั้น ความสามารถในการปิดช่องรับอากาศบางส่วนหรือทั้งหมดเมื่อรถวิ่งด้วยความเร็วปานกลางและสูงจึงเป็นประโยชน์ในการลดแรงต้านลม เห็นได้ชัดว่าเหตุใดรถยนต์ไฟฟ้าส่วนใหญ่ที่ไม่มีเครื่องยนต์จึงมีการออกแบบส่วนหน้าแบบปิด

● แผงบังลมหลังคา/ด้านข้าง ในความเป็นจริง แผงบังลมหลังคาและด้านข้างเป็นส่วนที่ใช้งานและควบคุมง่ายที่สุด ตามสถิติ รถยนต์ที่มีแผงบังลมสามารถประหยัดการใช้เชื้อเพลิงได้ถึง 4-5% เมื่อเทียบกับรถยนต์ที่ไม่มีแผงบังลม

จากซ้ายไปขวา ตัวเบี่ยงทางแบบโมโนลิธิก แบบรวม และแบบแยกทาง

โดยทั่วไปแล้วตัวเบี่ยงลมสามารถแบ่งออกได้เป็น 3 ประเภทตามรูปร่าง ได้แก่ ประเภทรวม ประเภทรวม และประเภทเบี่ยงลม

สหรัฐอเมริกาใช้ระบบขนส่งหลายรูปแบบ โดยขนาดตัวพ่วงค่อนข้างสม่ำเสมอ ดังนั้นรถบรรทุกหนักของอเมริกาจึงส่วนใหญ่จึงใช้ตัวเบี่ยงแบบบูรณาการ

ในประเทศแถบยุโรป เนื่องจากความแตกต่างในเงื่อนไขของแต่ละประเทศ ทำให้ยานพาหนะและกล่องบรรทุกสินค้ามีความแตกต่างกัน ดังนั้นตัวเบี่ยงรถยนต์จึงส่วนใหญ่จึงใช้ตัวเบี่ยงแบบรวมที่ปรับได้

ตัวเบี่ยงลมแบบสุดท้ายนี้มีผลในการกระจายลมขึ้นด้านบนและด้านซ้ายและด้านขวาในเวลาเดียวกัน ซึ่งมีประสิทธิภาพมากขึ้น จึงใช้ในรถบรรทุกทุกประเภท โดยปกติแล้วจะต้องผลิตตามกล่องบรรทุกสินค้าที่เกี่ยวข้อง

ในทางปฏิบัติ ควรปรับตัวเบี่ยงด้านบนของห้องโดยสารให้สูงเท่ากับหรือต่ำกว่าความสูงของรถพ่วงเล็กน้อย การเปลี่ยนผ่านของอากาศจากห้องโดยสารไปยังกล่องบรรทุกสินค้าจะราบรื่นโดยใช้ตัวเบี่ยง ป้องกันไม่ให้อากาศไหลไปโดนกล่องบรรทุกสินค้าโดยตรง ช่วยลดแรงต้านในการขับขี่ที่เกิดจากการปั่นป่วนของอากาศระหว่างรถแทรกเตอร์และรถพ่วง

ตัวเบี่ยงด้านข้างก็มีความสำคัญเช่นกัน และการมีอยู่ของตัวเบี่ยงด้านข้างจะช่วยลดระยะห่างระหว่างรถแทรกเตอร์และรถพ่วง ทำให้การไหลของอากาศไหลผ่านช่องว่างระหว่างส่วนหน้าและรถพ่วงได้ง่ายขึ้นเมื่อรถวิ่งด้วยความเร็วสูง ซึ่งช่วยลดโอกาสการเกิดกระแสลมได้อย่างมาก ตัวเบี่ยงด้านข้างในการนำทางการไหลของอากาศเมื่อลมพัดสวนทางมีความสำคัญมาก ไม่อ่อนแอไปกว่าตัวเบี่ยงหลังคาด้วยซ้ำ

ปัจจุบันรถบรรทุกพ่วงหลายคันติดตั้งตัวเบี่ยงที่ปรับระดับความสูงได้ และการปรับความสูงของตัวเบี่ยงให้ตรงกับความสูงของกล่องบรรทุกให้ได้มากที่สุดก่อนออกเดินทางทุกครั้ง ถือเป็นวิธีประหยัดน้ำมันที่มีประโยชน์อย่างยิ่ง

แผงข้างและแผงเทเลอร์

รถบรรทุกที่ไม่มีแผงด้านข้างจะมีแรงต้านอากาศสูงเนื่องจากมีอุปกรณ์จำนวนมากจัดเรียงไว้ทั้งสองด้านของคาน ซึ่งสามารถหลีกเลี่ยงได้โดยการติดตั้งแผงด้านข้าง

ในด้านหนึ่ง สามารถลดแรงกดของลมที่ศูนย์กลางของรถได้ และปรับปรุงความสามารถของรถในการต้านทานลมด้านข้าง ในอีกแง่หนึ่ง มันสามารถปิดกั้นอากาศทั้งสองด้านของรถไม่ให้ถูกดูดเข้าไปใต้รถ และลดการสะสมของการไหลของอากาศใต้รถได้ ซึ่งสามารถลดผลกระทบของการไหลของอากาศกับชิ้นส่วนที่ยื่นออกมาต่างๆ ในแชสซีของรถได้ ทำให้การไหลของอากาศใต้รถราบรื่นขึ้น จึงช่วยลดแรงต้านของอากาศได้

รูปทรงที่ลู่เข้าหากันนี้ คล้ายกับหางเครื่องบิน ช่วยลดความปั่นป่วนและแรงต้านของลมที่ด้านหลังกล่องบรรทุกสินค้าได้อย่างมีประสิทธิภาพ ช่วยเพิ่มประสิทธิภาพในการประหยัดน้ำมันอีกด้วย

● ท้ายรถ

ส่วนท้ายของรถถือเป็นตำแหน่งที่มักถูกมองข้ามมากที่สุด แต่อันที่จริงแล้ว การตั้งค่าส่วนท้ายรถพ่วงและส่วนท้ายกระดานให้เหมาะสมสามารถทำให้จุดแยกกระแสลมล่าช้าไปด้านหลังได้ ซึ่งจะช่วยลดพื้นที่แรงดันลบด้านหลังกล่องบรรทุกสินค้าได้

ในรถพ่วงบินได้ของ Mercedes-Benz และรถตู้และรถพ่วงกึ่งพ่วงที่ต้านทานลมต่ำที่ผลิตโดยผู้ผลิตชาวจีนหลายราย เราจะเห็นการมีอยู่ของ "โครงท้ายเรือ" จากการศึกษาพบว่าโครงสร้างประเภทนี้สามารถลดแรงต้านอากาศได้อีก 10-15%